Nhập môn hoàn lưu khí quyển - ( ĐH Quốc Gia HN ) - Chương 4 pptx

- 81 - Chơng 4. hon lu kinh hớng trung bình theo vĩ hớng 4.1 Quan trắc cơ bản Cấu trúc quy mô lớn của dòng khí khí quyển biến đổi nhanh nhất theo phơng thẳng đứng v chậm nhất theo vĩ hớng. Vì vậy, việc lấy trung bình vĩ hớng cho thấy rõ tầm quan trọng của sự biến đổi theo phơng kinh hớng v phơng thẳng đứng, v l phơng pháp hữu ích trong nghiên cứu hon lu ton cầu đợc sử dụng trong nhiều năm qua. Tuy nhiên, theo nhiều tác giả, hon lu ton cầu đơn giản l mô hình chiếu trên mặt phẳng kinh tuyến. Trong cuốn sách ny, ta sẽ xem xét rộng hơn bằng cách cố gắng tổng kết hiểu biết hiện tại của chúng ta. Về mô hình đầy đủ ba chiều của gió v nhiệt độ trong khí quyển. Tuy nhiên, quan điểm về dòng trung bình vẫn hữu ích để bắt đầu trình by vấn đề trong chơng ny. Hình 4.1 Tốc độ gió vĩ hớng u và vectơ tốc độ gió kinh hớng. (a) Tháng 12,1,2; (b) Tháng 6,7,8 - 82 - Gió vĩ hớng trung bình v véctơ gió kinh hớng đợc biểu diễn trên Hình 4.1, dựa theo số liệu của Trung tâm dự báo thời tiết hạn vừa Châu Âu. Dòng thăng ở miền nhiệt đới với tốc độ thẳng đứng cực đại ở bán cầu mùa hè. Dòng giáng mạnh nhất ở khoảng vĩ độ 25-30 o trên bán cầu mùa đông với dòng hớng về xích đạo gần bề mặt, v dòng đi ra từ miền nhiệt đới ở phần trên tầng đối lu do tính liên tục. Trục đối xứng của hon lu ny thích ứng rõ nhất của dòng khí khí quyển đối với sự d thừa nhiệt ở miền nhiệt đới v thiếu hụt nhiệt ở miền vĩ độ cao đã đợc thảo luận trong chơng trớc. Halley (1689) v Hadley (1735) đều giả thiết về sự tồn tại vòng hon lu nói trên để tính toán giải thích tín phong thổi về xích đạo tại bề mặt. Công trình nghiên cứu của họ có ý nghĩa lịch sử lớn, đó l những cố gắng đầu tiên mô tả hon lu ton cầu bằng những số hạng của mô hình vật lý đơn giản. Hình 4.1 (tiếp) (c) Tốc độ gió trung bình năm lập trên cơ sở số liệu 6 năm của Trung tâm dự báo thời tiết hạn vừa Châu Âu. Khoảng giá trị giữa các đờng đẳng tốc là 5m/s, tốc độ vợt quá 20m/s tô đậm. Mũi tên ngang chỉ tốc độ kinh hớng 3m/svà mũi tên theo chiều thẳng đứng chỉ tốc độ thẳng đứng 0,03Pa/s Mô hình gió vĩ hớng trung bình u trên Hình 4.1 quan hệ chặt chẽ với phân bố của nhiệt độ địa thế vị đợc minh hoạ trên Hình 4.2 với các đờng nh trên Hình 4.1 nhng với các đờng đẳng nhiệt độ thế vị. Các mô hình cho tháng 12, tháng 1, tháng 2 v tháng 6, 7, 8 bổ sung đầy đủ cho các mô hình trên. Cân bằng gió nhiệt (phơng trình 1.53) gần đúng đối với trung bình vĩ hớng. Do đó, gradien ngang của nhiệt độ lớn có liên quan với độ lớn của tốc độ gió theo chiều thẳng đứng ở hầu khắp miền vĩ độ trung bình, v vĩ độ cao. ở miền nhiệt đới gradien ngang của nhiệt độ nhỏ, do f có xu thế tiến dần tới 0, gió không đợc xác định bởi quan hệ gió nhiệt ở miền nhiệt đới. Đối chiếu Hình 4.1 v 4.2 ta thấy hon lu Hadley thăng lên ở vùng vĩ độ thấp nơi có nhiệt độ lớn nhất v giáng xuống ở vùng có nhiệt độ nhỏ hơn. Từ chơng ba ta thấy hon lu sinh ra động năng, đợc gọi l "hon lu nhiệt trực tiếp". Hon lu nhiệt trực tiếp cũng thấy ở các vĩ độ cao, đặc biệt vo mùa đông ở miền vĩ độ trung bình Nam Bán Cầu. Hon lu kinh hớng trung bình l hon lu nhiệt gián tiếp. Hon lu nhiệt đối xứng trực tiếp không tồn tại ở miền vĩ độ trung bình, ở đây nó đợc thay thế bằng một hon lu nhiệt gián tiếp đợc gọi l vòng hon lu Ferrel. Đặc điểm nhiệt động lực của hon lu ny đặc tr ng bởi dòng giáng ở khu vực nó ng v dòng thăng ở khu vực lạnh hơn, đặc trng cho sự tiêu tán của động năng. Hon lu - 83 - ny bị tác động bởi một số nguyên nhân hình thnh dạng cơ học. Kết quả nghiên cứu đã đợc các tác giả Victor Starr v các cộng sự của ông ở MIT tiến hnh vo năm 1940 v 1950 cho thấy vai trò đáng kể của các xoáy miền ôn đới trong việc điều khiển hon lu. Hình 4.2 Đờng đẳng tốc của u và . (a) Tháng 12,1,2 (b) Tháng 6,7,8 lập trên cơ sở số liệu của ECMWF. Khoảng giá trị giữa các đờng đẳng tốc nh trên Hình 4.1. Khoảng giá trị giữa các đờng đẳng là 5K Hạn chế của hon lu Hadley trong miền nhiệt đới liên quan với chuyển động quay của Trái Đất. Chuyển động tựa đối xứng có xu thế bảo ton mômen động lợng, kết quả l gây nên gió vĩ hớng mạnh một cách dị thờng ở phần trên tầng đối lu hớng về cực từ 20 o vĩ hay lớn hơn. Việc xác định mômen động lợng riêng của dòng khí tại vĩ độ l ( a cos + [u]) a cos . Sự bảo ton mômen động lợng đối vớihon lu nơi tốc độ gió vĩ hớng bằng 0 tại xích đạo cho thấy gió vĩ hớng tại các vĩ độ khác đợc tính theo công thức cos/sinau 2 (4.1) Theo công thức ny ta tính đợc gió ở 20 0 l 56m/s v 127m/s ở vĩ độ 30 0 . Tuy nhiên, toán đồ cho thấy l trong khi bảo ton mômen động lợng không mô tả đợc gió vĩ hớng ở các vĩ độ trung bình v vĩ độ cao thì gió ở phần trên tầng đối lu miền nhiệt đới v cận nhiệt đới biến đổi theo kiểu nh phơng trình 4.1 mô tả. Gió tăng lên xấp xỉ - 84 - hm bậc hai từ xích đạo, với tốc độ cực đại 35-40m/s ở dòng xiết cận nhiệt đới. Thực tế l gió ở dòng xiết cận nhiệt có liên quan với giới hạn về phía cực của nhánh trên cao trong vòng hon lu Hadley. Điều đó cho thấy rằng vòng hon lu Hadley có thể l mô hình hoá thô của sự bảo ton mômen động lợng trong vòng hon lu đối xứng. Trớc khi mô tả một mô hình đơn giản của hon lu Hadley dựa trên những nguyên lý cơ bản đó, ta cần phải thấy rằng mô hình hon lu Hadley/Halley đơn giản bây giờ thấy gần thực tế hơn l sơ đồ biểu diễn trên Hình 4.1. Số liệu sử dụng cho sơ đồ đã đợc lấy trung bình theo hm Euler, đó l chuỗi thời gian của gió ở vĩ độ v mực nhất định đợc tổng hợp để tính đợc gió trung bình mùa. Nhng ta sẽ có một bức tranh rất khác biệt nếu lấy trung bình theo phơng pháp Lagrangian bằng cách lấy trung bình tốc độ của các phân tử khí khi chúng chuyển động vòng trong khí quyển. Việc lấy trung bình ny rất khó thực hiện do số liệu không đầy đủ. Tuy nhiên, có thể thực hiện lấy trung bình xấp xỉ Lagrangian. Ví dụ, Johnson đã phân tích số liệu gió bề mặt theo nhiệt độ thế vị trớc khi tiến hnh lấy trung bình theo thời gian v theo vĩ độ. Vì vậy, nhiệt độ thế vị nói chung bảo ton trong các phân tử chất lỏng theo quy mô thời gian nhỏ hơn 5 ngy. Việc lấy trung bình đẳng nhiệt độ thế vị ny đối với các phân tử khí trong khoảng thời gian ngắn. Đặc biệt, có thể theo dõi các phân tử khí xuyên qua hệ thống áp thấp ở vĩ độ trung bình. Trên Hình 4.3 l kết quả phân tích thể hiện rõ hm dòng theo hớng kinh tuyến đối với thời kỳ thực hiện trong FGGE sử dụng cách tính trung bình Euler truyền thống với kết quả phân tích tơng tự trên mặt . Hình 4.3 Sự đối lập của hàm dòng khối lợng theo chiều kinh hớng tháng 1-1979 (a) Dùng phơng pháp tính trung bình tựa Lagrange trên mặt đẳng nhiệt độ thế vị và (b) Dùng phơng pháp tính trung bình Euler trên mặt đẳng áp (Townsend, Johnson, 1985) - 85 - Nếu lấy quy mô của toạ độ thẳng đứng thì mô hình miền ôn đới trong cả hai trờng hợp không giống nhau. ở miền ôn đới nơi tập trung các hệ thống áp thấp dịch chuyển, chúng khác biệt hon ton. Vòng hon lu Ferrel không có trên các sơ đồ đẳng entropi, các phân tử khí chuyển động vòng từ miền nhiệt đới về miền cực theo hon lu trực tiếp nhiệt động lực. Bảo ton mômen động lợng không đợc thực hiện thậm chí l gần đúng đối với hon lu ny tại các vĩ độ cao. Nguyên nhân l do gradien khí áp vĩ hớng địa phơng có liên quan với sự vận chuyển theo chiều kinh hớng ở miền ôn đới vợt quá chuyển động quay theo chiều vĩ hớng của khí quyển. Nhng điều đó không xảy ra do trờng gió vĩ hớng có liên quan với hon lu phi đoạn nhiệt gây ra nhiễu động dịch chuyển không đợc tính đến đầy đủ. Những hiệu ứng của các xoáy đối với dòng vĩ hớng sẽ đợc thảo luận trong mục 4.4. Nguồn gốc của các xoáy ny l tiêu đề chính của Chơng 5 v Chơng 6. 4.2 Mô hình Held-Hou của hon lu Hadley Mô hình vòng hon lu Hadley đơn giản nhất v thể hiện rõ cơ chế vật lý nhất l mô hình của Held v Hou công bố năm 1980. Mô hình sử dụng những nguyên lý cân bằng mômen động lợng v cân bằng gió nhiệt đối với phân tử khí chuyển động vòng để dự báo sự mở rộng theo hớng vĩ tuyến v sự tăng cờng của vòng hon lu Hadley. Hình 4.4 minh hoạ về mô hình ny. Hình 4.4 Minh hoạ sơ đồ của mô hình Held-Hou Mô hình gồm hai mực của tầng đối lu nhiệt đới. Dòng khí hớng về xích đạo tại bề mặt, nơi m ma sát bề mặt lm giảm tốc độ gió trung bình vĩ hớng, sự bảo ton mômen động lợng không đáng kể. Dòng hớng cực xuất hiện ở độ cao H. Cấu trúc nhiệt đợc mô tả bằng nhiệt độ thế vị ở mực giữa H/2. Dòng đợc điều khiển bởi sự lm lạnh Newtơn theo sự phân bố nhiệt độ cân bằng bức xạ E ( ) đối với quy mô thời gian E . Đó l phơng trình nhiệt động lực đợc viết nh sau E E Dt D (4.2) - 86 - E đợc tính theo biểu thức sinP 3 2 20E (4.3) trong đó P 2 (sin ) = ( 3 sin 2 -1)/2 l đa thức Lagendre bậc hai. l nhiệt độ thế vị cân bằng bức xạ trung bình ton cầu. l sự khác biệt nhiệt độ cân bằng giữa cực v xích đạo. Sự phân bố đó đợc lm trơn v coi l liên tục v giữ đợc đặc tính đối xứng quan trọng đó l = 0 tại cực v tại xích đạo. Thực tế l dạng cầu l một nhân tố lm phức tạp hoá phân tích v không đa vo mô hình một nguyên lý vật lý mới. Giả thiết a y l nhỏ để cho sin có thể đợc tính bởi a y sin phơng trình 4.3 trở thnh 2 2 0EE y a (4.4) Phân bố nhiệt thực tế khác với phân bố cân bằng bức xạ với bình lu do chuyển động không khí cân bằng với xu thế phi đoạn nhiệt đợc cho bởi phơng trình 4.2. Thực chất mô hình Held-Hou đợc dùng để dự báo nhiệt độ thực tế từ bảo ton cân bằng mômen động lợng. Giả thiết gió ở mực trên cao theo phơng trình 4.1, ở những vĩ độ thấp tính theo công thức a y U 2 M (4.5) Chỉ số dới M cho biết đây l gió vĩ hớng nhận đợc từ bảo ton mômen động lợng. Gió vĩ hớng ở mực thấp bằng không do ma sát gây nên. aH y H U z u 2 M (4.6) Nhng độ đứt gió thẳng đứng liên hệ với gradien ngang của nhiệt độ theo quan hệ gió nhiệt. Với giả thiết l dòng đối xứng dừng v cân bằng tĩnh học. Cân bằng gió nhiệt phải thoả mãn ngay cả đối với miền vĩ độ thấp (xem phơng trình (1.53)). Dùng chiều cao lm toạ độ thẳng đứng, phơng trình có thể viết dới dạng y g z u sin2 0 (4.7) Thay z u từ phơng trình (4.6) ta có 3 2 0 2 y gHa 2 y (4.8) Lấy tích phân biểu thức ny ta nhận đợc phân bố nhiệt độ thế vị thực thoả mãn mô hình gió vĩ hớng 4 2 0 2 0MM y gHa2 (4.9) - 87 - Hơn nữa, chỉ số dới M cho thấy rằng trờng nhiệt độ thế vị nhận đợc từ việc sử dụng tính bảo ton mômen quay. Trong đó M0 l hằng số tích phân cần đợc xác định nếu biểu diễn nhiệt độ xích đạo v ta dự đoán trớc l sự vận chuyển nhiệt do vòng hon lu Hadley lm cho nhiệt độ xích đạo nhỏ hơn E0 . Phân bố của E v M đợc so sánh trên Hình 4.5. Hình 4.5 Minh hoạ sự phụ thuộc hàm với khoảng cách tới cực đối với mô hình Held-Hou. Phải đợc chọn sao cho diện tích giữa hai đờng cong phải bằng nhau, nghĩa là không có sự đốt nóng thuần của phần tử khí Profile nhiệt độ phẳng hơn profile cân bằng bức xạ ở khu gần tới xích đạo. ở vĩ độ cao, nó giảm nhanh hơn. Từ hình vẽ ta thấy rằng ở đây có sự đốt nóng trong khu vực từ xích đạo đến điểm cắt thứ nhất, sự lm lạnh trong khu vực từ điểm cắt thứ nhất tới điểm cắt thứ hai. ở những vĩ độ cao lại có sự đốt nóng, điều ny l không thể có đợc về mặt động lực học v có thể kết luận l chuyển động hớng cực bắt đầu từ điểm cắt thứ hai, điểm cắt thứ hai l giới hạn về phía cực của vòng hon lu Hadley, vĩ độ của nó biểu diễn l Y. ở vĩ độ cao hơn E trong mô hình đối xứng ny. Vĩ độ giới hạn của nhánh về phía cực của vòng hon lu Y đợc xác định bởi giá trị M0 đợc chọn sao cho ở đây không có sự đốt nóng của phân tử khí tham gia hon lu, do đó, (từ phơng trình 4.2) dydy Y 0 Y 0 EM hoặc 2 2 0E 4 2 0 2 0M Y a3 Y gHa10 (4.10) với giả thiết E không biến đổi theo vĩ độ, hơn nữa E = M tại y = Y ta có phơng trình thứ hai cho Y v M0 2 2 0E 4 2 0 2 0M Y a Y gHa2 (4.11) - 88 - Hai phơng trình đó có hai biến cha biết l Y v M0 . Có thể thấy trớc l lời giải các biến ny có dạng l 2/1 0 2 3 gH5 Y (4.12) v 0 22 2 0M0E a18 gH5 (4.13) Nếu chọn 0 = 255 K v = 40K (giá trị quan trắc thờng thấy) ta tính đợc Y = 2200km v E 0 - M0 = 0,8K. So sánh với Hình 4.1 ta thấy ớc lợng chiều ngang của vòng hon lu Hadley ít nhất phù hợp với thực tế quan trắc, tuy nhiên hơi nhỏ hơn so với giá trị ny. Mô hình cũng đa ra một bức tranh về mối quan hệ giữa gió vĩ hớng ở phần trên tầng đối lu với vòng hon lu Hadley. Với y Y, gió vĩ hớng ở mực trên đơn giản bằng U M tính theo phơng trình 4.5. Với y > Y nhiệt độ bằng nhiệt độ cân bằng bức xạ v gió vĩ hớng có thể đợc tính từ cân bằng gió nhiệt nhờ sử dụng E , gió ny ký hiệu l U E v khi vĩ độ nhỏ nó đợc coi l không đổi v bằng a gH . Có sự gián đoạn của gió vĩ hớng tại y = Y. Kết quả dự đoán có cả yếu tố phù hợp thực tế v không phù hợp với thực tế. Điều đó cho thấy tồn tại dòng xiết cận nhiệt ở giới hạn cực của vòng hon lu Hadley. Thực vậy, Hình 4.1 cho thấy có tồn tại dòng xiết ny. Nhng sự gián đoạn về tốc độ gió ở rìa của vòng hon lu Hadley không quan trắc đợc vì nó rất bất ổn định. Sự khác nhau giữa 0M (nhiệt độ xích đạo thực) v 0E (nhiệt độ xích đạo cân bằng bức xạ) có thể đợc sử dụng để xác định tốc độ dòng kinh hớng liên quan với hon lu Hadley. Tại xích đạo do tính đối xứng ta sẽ có cân bằng giữa biến đổi bình lu theo chiều thẳng đứng v sự đốt nóng nên E 0M0E z w E 0M0E 2 0 N g w (4.14) trong đó N l tần số Brunt-Vaisala của khí quyển. Chọn E = 15 ngy v giả thiết N = 10 -2 /s thì W = 0,24 mm/s. Do tính liên tục, tốc độ gió ngang đặc biệt ở phần cận nhiệt của vòng hon lu Hadley v w H Y ~ (4.15) Với các tham số trên thì v = 0,5 cm/s. So sánh với Hình 4.1 ta thấy gió kinh hớng quan trắc đợc trong vòng hon lu Hadley khoảng 1m/s. Vì vậy, ta có thể nói rằng mô hình đã xác định hợp lý hình dạng của hon lu Hadley, nhng cờng độ đợc xác định theo mô hình l nhỏ. Tuy nhiên lý thuyết Held-Hou có thể tốt hơn những giả thiết đơn giản ny. Ta đã xem xét hon lu Hadley trung bình năm đối xứng qua xích đạo. Nhng đốt nóng bức xạ mặt trời không đối xứng qua xích đạo trong hạ chí v - 89 - đông chí, với cực đại đốt nóng ở bán cầu mùa hè. Phân bố nhiệt độ cân bằng bức xạ có dạng 1sin3sin 2 2 EP NS 0E (4.16) trong đó EP l chênh lệch nhiệt độ giữa cực v xích đạo. NS l chênh lệch nhiệt độ giữa cực mùa hè v cực mùa đông. Khi đó, dòng thăng không còn ở ngay trên xích đạo. Vì vậy, bảo ton mômen động lợng dẫn tới sự hình thnh gió đông trên cao ở xích đạo (do cân bằng gió nhiệt) v cực đại M lệch khỏi xích đạo tới vĩ độ có dòng đi lên cực đại. Hình 4.6 minh hoạ dạng của đờng M v E trong trờng hợp phi đối xứng. Hình 4.6 Mô hình Held- Hou đối với trờng hợp đốt nóng cực đại kể từ xích đạo. Vĩ độ DNs ,, cũng nh nhiệt độ MO tại xích đạo cần đợc xác định Phi đối xứng nghĩa l sự tăng lên cực đại không liên quan với vĩ độ nơi có nhiệt độ cân bằng bức xạ cực đại hay liên quan với đờng chia vòng hon lu Bắc Bán Cầu v Nam Bán Cầu. Kết quả l ta có một hệ thống phức tạp hơn với 4 thông số cha biết chúng đợc xác định theo điều kiện trong phơng trình 4.12 v 4.13. Kết quả tính toán của mô hình phi đối xứng đợc biểu diễn trên Hình 4.7. Vòng hon lu nhanh chóng trở thnh phi đối xứng khi cực đại cân bằng bức xạ lệch khỏi xích đạo, với một vòng hon lu nhỏ ở bán cầu mùa hè v một vòng hon lu mạnh hơn với dòng thăng ở bán cầu mùa hè, dòng giáng ở bán cầu mùa đông. Dòng khối lợng đợc vận chuyển bởi hai vòng hon lu tỷ lệ thuận với khu vực nằm giữa đờng cong M v E trên Hình 4.5. Khác nhiều so với mô hình đốt nóng phi đối xứng v ta sẽ giả thiết hon lu Hadley trung bình năm chiếm u thế bởi hai vòng hon lu mùa đông. Nếu giả thiết ny l đúng ớc tính Y sẽ tăng, w v v sẽ tăng với đại lợng lm cho nó lớn hơn so với đờng vẽ theo kết quả quan trắc. - 90 - Hình 4.7 Kết quả tính đối với vòng hoàn lu Hadley bất đối xứng với giả thiết các thông số nh trên: (a) biến DNs ,, nh hàm của o , vĩ độ của dải có nhiệt độ cân bằng bức xạ cực đại (b) biến của dòng khối lợng đợc vận chuyển bởi vòng hoàn lu mùa đông và mùa hè nh hàm của o Một nguyên lý quan trọng đã đợc minh hoạ bằng những tính toán đó. Cờng độ v đặc trng của các vòng hon lu hon lu chịu ảnh hởng của hm phi tuyến cao lm biến đổi vĩ độ có đốt nóng cực đại. Kết quả l hon lu Hadley trung bình năm rất khác so với khi thích ứng với tác động trung bình năm m ta sẽ dự đoán. Dới dạng khác nhau, vấn đề về tính trung bình phi tuyến l một khó khăn lớn nhất trong việc tham số hoá nhiều quá trình tác động phi đoạn nhiệt trong khí quyển. Điều đó có nghĩa l cần chạy mô hình hon lu chung phức tạp thậm chí nếu chỉ quan tâm đến chỉ một trong hai hon lu trung bình năm v theo vĩ hớng. Log 10 ( Dòng khối lợng chuẩn hoá) Log 10 ( Dòng khối lợng chuẩn hoá) Vòng hoàn lu mùa đông Vòng hoàn lu mùa hè [...]... chỉnh bởi sự có mặt của lớp biên vĩ độ trung bình Hình 4. 9 Vòng hoàn lu Hadley và gió vĩ hớng nhận đợc từ mô hình hoàn lu toàn cầu bất đối xứng đơn giản (a) (b) là trờng hợp với E đối xứng qua xích đạo; (c) và (d) là trờng hợp E cực đại nằm ở 10oN - 92 - Hình 4. 9 (tiếp) (c) (d) Hàm dòng khối lợng với khoảng giá trị giữa các đờng là 5 x 109 kg s-1 Trong khi đối với gió vĩ hớng với khoảng giữa các đờng... viết dới dạng f u p hy (4 .2 9) Hon lu kinh hớng trong đó đợc duy trì cân bằng gió nhiệt, thay thế xu thế mất cân bằng của dòng xoáy nhiệt v dòng mômen, thông lợng nhiệt của xoáy v thông lợng mômen của xoáy có xu hớng không cân bằng, lực ma sát v sự đốt nóng có thể đợc tính từ hệ phơng trình (4 .2 7), (4 .2 8) v (4 .2 9) Để tiện lợi ta đa vo hm dòng kinh hớng ( ) v , p (4 .3 0) y trong đó dấu quy ớc... rằng yy v f 2 p s 2 p tơng đơng với nhau từ phơng trình 4. 31 ta có h v 2 2s (4 .3 3) Mùa đông ở vĩ độ trung bình, [v* *] có một cực đại khoảng 16K, trong khi s2/h R p bằng khoảng 5 x 1 0 -4 KPa-1 Đại lợng cực đại của l 2 x 1 04 Pams-1 Thnh phần hớng cực của gió trung bình vĩ hớng đợc ớc lợng theo v / p (4 .3 4) trong đó p l sự khác khí áp giữa mặt đất v phần giữa tầng đối lu Gió hớng cực gây... Với F1 v F2 theo thứ tự l thnh phần theo x v y của gia tốc do lực ma sát Cần nhớ ở đây ta loại bỏ ảnh hởng của dạng cong của Trái Đất, thông qua số hạng v Tính trung bình theo hon lu vĩ hớng ta có thể viết v v f F1 t y p y Hoặc từ phơng trình liên tục ta có v f v F1 t y y y (4 .2 3) (4 .2 4) Nhng vì u chúng ta có thể viết u v f v F1 0 y t (4 .2 5) Lấy tích phân theo y, v... gây nên gia tốc hớng đông đối với dòng khí ở mực thấp (p lớn) nhng ma sát sẽ ít ảnh hớng tới các mực trên cao Do số hạng nguồn dơng gây nên hon lu gián tiếp Hình 4. 14 minh họa hiệu quả ny Hình 4. 14 Hoàn lu kinh hớng bị ảnh hởng của ma sát mặt đất Trong các số hạng vật lý ở mực thấp xuất hiện một dòng khí thổi từ vĩ độ thấp đến vĩ độ cao Lực coriolis tác động đối với dòng hớng cực ny tạo ra gia tốc... nhiệt động lực l phơng trình (1 .7 2) lấy trung bình vĩ hớng nó rút gọn thnh t v y s Q 2 (4 .2 8) h ở đây {v} lại đợc bỏ qua so với v*, sao cho dòng nhiệt độ thế vị của xoáy hớng cực chiếm u thế so với dòng xoáy chính thẳng đứng hay dòng hớng cực trung bình Bình lu theo chiều thẳng đứng của sự phân tầng cơ bản chiếm u thế trong bình lu trung bình Phơng trình (4 .2 8) v (4 .2 7) đợc liên kết qua dạng trung... M theo vĩ độ, đợc tính theo phơng trình 4. 9 Sự lm lạnh do phát xạ sóng di theo không gian có thể đợc tính theo tỷ số M Tơng tự, khi không có chuyển động chất khí, nhiệt độ E, sự phân bố E - 94 - nhiệt độ cân bằng bức xạ tính theo phơng trình 4. 4 Sự phân bố của đốt nóng do phát xạ sóng ngắn đơn giản l E , tổng lợng nhiệt đợc tính theo E H Y 0 E dy E (4 .2 0) Bây giờ ta giả thiết l tất cả lợng bức... các ống xoáy Hình 4. 8 minh hoạ điều đó Quy mô thời gian đặc trng cho sự dãn yếu ny l 2H 2 D fK - 91 - 1/ 2 (4 .1 9) Hình 4. 8 Sự tiêu tán của xoáy do ma sát của lớp biên Ekman Khoảng vi ngy ở vĩ độ trung bình Theo xu thế đó, nếu quy mô thời gian của vòng hon lu Hadley di hơn quy mô thời gian dãn yếu, độ đứt gió kinh hớng mạnh phát triển ở gần dòng xiết cận nhiệt trong mô hình Held-Hou sẽ đợc điều... của hon lu ton cầu 4. 6 Bi tập 4. 1 Dùng số liệu trên Hình 4. 1 ớc lợng đại lợng đặc trng của [v] trong vòng hon lu Hadley Sau đó ớc lợng thời gian phần tử khí chuyển động vòng trong hon lu Hadley So sánh thời gian ny với quy mô thời gian mùa 4. 2 Lặp lại việc tính toán nh trong bi 4. 1 đối với hon lu Ferrel 4. 3 So sánh tại mực 1000hPa v 300hPa tại các vĩ độ đợc chọn Ước lợng tần số Brunt-Vaisala N tại các... quá trình của ẩm - 95 - Hình 4. 1 cho thấy rằng nó tơng đối quan trọng Ta sẽ trở lại thảo luận về quá trình đối lu v đốt nóng của hon lu nhiệt đới quy mô lớn trong Chơng 7 Bây giờ ta hãy tiến đến các vĩ độ cao hơn v xem xét hon lu kinh hớng phía trên giới hạn của vòng hon lu Hadley Hình 4. 11 Sơ đồ minh hoạ hiệu ứng độ ẩm trong mô hình vòng hoàn lu Hadley và Held-Hou: (a) Trờng hợp khô; (b) Trờng hợp có . xứng qua xích đạo; (c) và (d) là trờng hợp E cực đại nằm ở 10 o N - 93 - Hình 4. 9 (tiếp) (c) (d) Hàm dòng khối lợng với khoảng giá trị giữa các đờng là 5 x 10 9 kg s -1 Trong khi đối. v sự đốt nóng có thể đợc tính từ hệ phơng trình (4 .2 7), (4 .2 8) v (4 .2 9). Để tiện lợi ta đa vo hm dòng kinh hớng ( ) y , p v (4 .3 0) trong đó dấu quy ớc đã đợc chọn để cực đại của. 1 yp fvv yt F (4 .2 3) Hoặc từ phơng trình liên tục ta có 1 y vf y v yt F (4 .2 4) Nhng vì u chúng ta có thể viết 0vfvu ty 1 F (4 .2 5) Lấy tích phân